白马万年沟尾矿库安全运行演示文稿

攀钢白马铁矿万年沟尾矿库坝体稳定性及安全运行关键技术文孝廉,攀钢集团矿业有限公司设研院二一五年四月,汇报提纲,一、尾矿库建设及运行情况二、尾矿库坝体勘察及稳定性试验研究三、尾矿库安全运行的人工调控四、下一步的努力方向,一、尾矿库建设及运行情况,安全运行难点,1、尾矿库概况,攀钢白马铁矿万年沟尾矿库位于四川省攀枝花市米易县黄龙乡境内，属山谷型尾矿库，2005年3月开始建设，2006年12月投入使用。白马选厂万年沟尾矿库，设计总库容3.26亿m3，最终堆积标高为1720m，尾矿坝高325m，为一等库。,2、初期坝,2、初期坝,初期坝为透水的碾压堆石坝（坝顶标高1440m），坝高45m，原设计及施工的下游边坡为1:1.75，后考虑到堆积总高度达325m，故进行了下游坡的设计变更及施工，从而使得初期坝下游坝坡总坡比达约1：2.46。,3、堆积坝,堆积坝采用尾矿砂上游式堆筑，设计最终坝顶标高1720m，堆积坝高280m，每道子坝高5m，截止2015年3月，堆积坝已修筑至第19道子坝，堆积标高1535m，坝高140m，堆积尾矿量约2800万m3。,4、排渗设施,在堆积坝逐渐升高过程中采用盲沟排渗，每升高10m，在滩面以内150m处（埋深按30m考虑）铺设一道排渗盲沟，盲沟内设5条支沟，每条支沟内设150mm软式透水管、管周充填碎石、碎石充填体外包400g/m2无纺布，（据监测，浸润线埋深2025m）,5、防排洪设施,排洪系统采用隧洞+支硐+竖井+溢水塔方式，设计的排洪隧洞主洞总长3258.26m，沿程共设13条支硐、14座溢水塔，隧洞出口设在距离初期坝脚下游约100m的南岸山坡脚处。基建期尾矿库排洪系统只建至6#溢水塔位置，16#溢水塔直径均为6m、为框架式结构，隧洞为城门洞型、设计纵向坡降为1.2%，主洞及支洞净断面均为4.8m5.2m。,6、监测设施,尾矿库设有位移、浸润线、库水位、在线监测、子坝标识桩、（渗水）量水堰等设施。初期坝坝顶及1416m、1426m两级压坡平台已设有位移观测桩，库内设置有库水位观测标尺，堆积坝1490m标高以下设置有位移和浸润线观测设施,二、坝体勘察及稳定性试验研究,2020/6/7,1.坝体工程勘察2.岩土性质研究3.稳定性分析及评价,开展了尾矿库的坝体勘察，基本查明了库区的地形地貌，工程地质岩组及特征，水文地质条件。,1、坝体勘察,地形地貌-库区原始地貌属典型的高中山沟谷地貌，止防沟沟口以西，除主沟万年沟外，还有石梯子沟、无名沟、白石堆沟、斑鸠湾、止防沟等支沟流域，与万年沟构成树枝状，库区三面环山，形成宽大的集水盆。,1、坝体勘察,地层岩性-地基为第四系残坡积含碎石粉质粘土(Q4el+dl)、第四系冲洪积碎块石土(Q4al+pl)，下伏基岩为二迭系正长岩(o15),1、坝体勘察,库区地层-坝坡外覆盖土、尾中砂（Qml）（厚0.8027.80m）、尾细砂（Qml）（厚1.008.30m）、尾粉砂（Qml）（厚0.3033.30m）、尾粉土（Qml）（厚0.7027.00m）、尾粉质黏土（Qml）（厚0.5016.00m）、尾黏土（Qml）（厚度0.508.20m）,1、坝体勘察,原位测试-静力触探试验、孔中波速测试、抽水试验、单环法注水试验,2020/6/7,1.坝体工程勘察2.岩土性质研究3.稳定性分析及评价,开展了现场试验、室内试验，进行了尾矿坝地基及尾砂物料的物理力学性质研究，取得了详细、完整的岩土力学资料。,2、岩土物理力学性质研究,2、岩土物理力学性质研究,尾矿砂在库内的自然分级,宏观上具有上粗下细、坝前粗库尾细、两侧粗中间细的特点，在微观上尾矿层中普遍分布粗细相间的夹层、互层、交错层、千层饼结构等现象。,2、岩土物理力学性质研究,尾矿砂土的力学试验,试验仪器及三轴试验结束后的样品。,2、岩土物理力学性质研究,三轴试验的结果,应力应变曲线摩尔园及强度包络线,2、岩土物理力学性质研究,尾矿砂土物理力学试验结果,2020/6/7,1.坝体工程勘察2.岩土性质研究3.稳定性分析及评价,坝体稳定性计算采用瑞典条分法。计算中，坝体自重在对条块赋重度值时予以了充分考虑；水的影响在对土条赋重度值时考虑，地震的影响，采用拟静力法，由于是一等库，按8度地震烈度考虑。,3、稳定性分析及评价,稳定性分析,岩土力学指标取值,3、稳定性分析及评价,稳定性分析,尾矿坝坡的稳定性计算模型,3、稳定性分析及评价,稳定性分析结果,坝体正常运行状态下的最小安全系数为1.6721.30，特殊条件下最小安全系数为1.3481.10，因此，目前该尾矿库处于稳定状态。随着将来尾矿库的继续运行和坝坡增高，沿用现有的技术参数实施堆坝、放矿、排渗和尾水位控制管理，并加强尾矿库的各项监测，整个尾矿库的安全运行将是有保障的。,三、尾矿库安全运行的人工调控,三、尾矿库安全运行的人工调控,库区古滑坡固坡措施,万年沟库区掩埋范围内有2处中浅层土质古滑坡，而且在尾矿库运行初期就将开始掩埋，若尾矿库尾水开始浸泡古滑体而不采取对策措施，古滑坡就将复活，其下滑造成的瞬间冲击力，必将危及尾矿库的安全。为此，一方面在古滑体表面铺设了土工布和草垫，使滑坡体遇水不致过快崩解，另一方面在古滑体一侧滩面采取了提前排放尾矿、提前形成干滩的措施，确保了古滑体的稳定。目前2处古滑坡已基本被尾矿砂掩埋，未影响尾矿库的稳定。,三、尾矿库安全运行的人工调控,排洪隧洞跑浑治理,2009年2月11日，位于万年沟尾矿库南侧山体中的1#支洞2#支洞间排洪主隧洞多处洞壁泄水孔突然跑尾、水压力剧增，且伴有1处底板渗冒尾矿浆。经分析认定：尾矿库南侧山坡属节理裂隙较为发育的岩体，在尾矿库库面逐渐上升的过程中，一方面尾矿水软化了节理裂隙面上的充填物，另一方面尾矿库静水压力也在逐渐增高，当其累积到一定程度后，直接击穿并导通了山坡面至该段排洪主隧洞间的节理裂隙，从而造成跑尾现象。组织施工队伍紧贴尾矿库南侧山坡面往库水面下挤压装满粉质粘土的编制袋后，跑尾现象逐步消失、泄水孔水压力恢复正常。,三、尾矿库安全运行的人工调控,排渗新工艺的应用,由于坝前干滩坡降较大，排水钢管的埋设不仅开挖量较大，而且坡降难以有效保证，有时难免出现坡降不足甚至负坡降现象，导致渗水无法有效收集和排出。拟将第10层（1540m标高）及以上排渗系统改为拥有专利的“双向槽孔排渗法”及“反向预埋排渗设施”排渗。双向槽孔排渗管原理简单、施工方便、造价低、滤水面积大、滤水效果好。,三、尾矿库安全运行的人工调控,最终坝坝肩支沟的提前放矿及强排渗措施,根据目前的生产规模：坝体上升速度约15m/a、坝顶向上游水平推进速度约75m/a，干滩即将越过止防沟沟口，止防沟内无法循环的尾水将越来越高。一方面沟内积水长期不能排走，尾矿库北侧干滩将越来越短，浸润线将被迫抬高；另一方面，将来尾矿库坝体将逐渐推进至止防沟内，并在沟内最终形成高约120m的坝坡，如现阶段大量细粒级尾矿在止防沟内沉积，将导致将来筑坝难度增大和坝坡的不稳定。尽早启动沿止防沟沟尾1560m标高开始的沟内放矿，达到止防沟内滩面与尾矿库堆积坝前滩面同步上升。,三、尾矿库安全运行的人工调控,最终坝坝肩支沟的提前放矿及强排渗措施,为保证将来沟内堆坝坝体内浸润线的有效降低、在止防沟提前放矿的同时，提前于止防沟内压覆坝坡脚线以下山坡面适当标高布设并施工了1条长1475.7m、适当断面的排渗盲沟，达到强排渗。,三、尾矿库安全运行的人工调控,探索人为干预溃坝的可行措施,2014年10月攀钢委托清华大学完成了万年沟尾矿库溃坝模型试验。该试验模型做到尾矿库和下游沟谷、设施几何相似，依据堆存中尾砂的粒度组成、压实与固结度、饱水条件等做到材料相似，对1720m、1660m、1600m三个不同堆